凹凸棒石负载锰氧化物低温选择性催化还原NO

摘要

随着大气污染的不断加剧，开发和应用适合我国电厂烟气除尘和脱硫后温度偏低实际情况的烟气脱硝技术对于我国大气污染的治理有着重要意义。氨选择性催化还原(SCR)氮氧化物是唯一工业化的烟气脱硝技术。目前商业上应用最多的催化剂是V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2，然而其使用温度窗口为350～400℃，不能够大规模的适应于我国目前大多数锅炉烟气系统烟温较低(100～250℃)的状况。高效的低温催化剂不仅可降低SCR脱硝的能耗，而且避免了高浓度SO2对催化反应的影响，因而成为当前研究的热点。
　　 本文研究了凹凸棒石负载锰氧化物催化剂的物理化学性能和低温选择性催化还原NO性能。
　　 通过非均相沉淀法以凹凸棒石(PG)为载体负载锰氧化物制备了用于低温选择性催化还原法脱硝反应的复合催化剂MnOx/PG。通过X射线衍射、透射电镜电子显微镜、氢气程序升温还原和比表面积分析对其进行了表征。结果表明，催化剂活性组分锰氧化物在凹凸棒石晶体表面高度分散；锰氧化物存在状态取决于催化剂煅烧温度，煅烧温度小于550℃，锰氧化物为Mn2O3和Mn3O4，煅烧温度为550℃时，锰氧化物为Mn3O4。
　　 采用固定床反应器评价制备的MnOx/PG催化剂的SCR脱硝性能，考察了催化剂制备条件(煅烧温度、锰氧化物负载量)和反应条件(反应温度、空速、H2O、SO2)对脱硝性能的影响。结果表明，在空速9220h-1下，300℃煅烧Mn10/PG催化剂的性能最优，175℃时NO转化率达到91％，在200～300℃更达到97％，而N2选择性在175～300℃为100％。
　　 对凹凸棒石和MnOx/PG催化剂进行了NH3、NO和SO2的程序升温吸脱附实验。结果表明，催化剂对NH3和SO2有一定的吸附能力，对NO几乎没有吸附能力，而进入凹凸棒石内孔道的NH3是通过与结晶水形成H键被吸附。MnOx/PG催化剂NH3的吸附主要是载体凹凸棒石的贡献，锰氧化物的加入并没有促进催化剂的NH3吸附能力，但促进了吸附NH3的活化。MnOx是催化剂的活性中心，催化剂选择性催化还原脱硝机理符合Eley-Rideal机理：NH3在催化剂表面吸附位上活化脱氢还原，与气态中的NO结合最终生成N2和H2O，气态中的O2氧化被还原的Mn3+离子完成催化循环。

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致谢

第一章概述

1.1大气污染现状及其危害

1.1.1我国大气污染现状

1.1.2氮氧化物(NOx)的危害

1.2氮氧化物污染控制技术

1.2.1氮氧化物污染控制概况

1.2.2氮氧化物污染控制技术

1.2.3选择性催化还原技术

1.3凹凸棒石基本性能特征及研究现状

1.3.1凹凸棒石的基本特征

1.3.2 凹凸棒石的物理化学性质

1.3.3凹凸棒石应用研究现状

1.4课题研究目的及内容

1.4.1研究目的

1.4.2研究内容

第二章催化剂的制备及其结构表征

2.1实验部分

2.1.1催化剂制备

2.1.2催化剂表征

2.2实验结果与讨论

2.2.1 XRD分析

2.2.2 TEM分析

2.2.3 H2-TPR分析

2.2.4 BET分析

2.3本章小结

第三章催化剂低温选择性还原NO的性能研究

3.1催化剂活性评价

3.1.1模拟烟气配置

3.1.2催化剂活性评价方法

3.2实验结果与讨论

3.2.1 Mn负载量对催化剂催化活性的影响

3.2.2煅烧温度对催化剂催化活性的影响

3.2.3空速对催化剂活性的影响

3.2.4 H2O对催化剂催化活性的影响

3.2.5 SO2对催化剂催化活性的影响

3.3本章小结

第四章催化剂低温选择性还原NO机理研究

4.1实验部分

4.1.1凹凸棒石程序升温脱水实验

4.1.2程序升温气体吸脱附实验

4.2实验结果

4.2.1凹凸棒石程序升温脱水

4.2.2热处理凹凸棒石气体吸脱附

4.2.3热处理酸洗凹凸棒石对NH3的吸脱附

4.2.4 MnOx/PG催化剂气体吸脱附

4.3选择性催化还原机理讨论

4.3.1选择性催化还原NO反应一般机理

4.3.2 MnOx/PG催化剂低温选择性催化脱硝机理

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文